Difuzia într-un lichid: condiții de proces, exemple. Experimente cu lichide

În primul rând, lichidul este o stare agregată intermediară. La punctul critic este similar cu gazele punct de fierbere la temperaturi scăzute, manifestă aceleași caracteristici ca solid. La nici un model ideal de lichid, ceea ce complică în mod semnificativ descrierea proprietăților termodinamice echilibru său, punctul de îngheț, vâscozitate, difuzie, conductivitate termică, tensiune de suprafață, entropie, entalpie.

definiție

Ce este difuzia? Această răspândire, răspândirea, mișcarea particulelor mediului care conduce la transferul materiei, stabilirea concentrațiilor de echilibru. În absența influențelor externe, acest proces este determinat de mișcarea termică a particulelor. În acest caz, procesul de difuzie este legat de concentrația într-o relație direct proporțională. Fluxul de difuzie va varia similar gradient de concentrație.

specie

Dacă difuziunea într-un lichid are loc cu o schimbare a temperaturii, el se numește difuzie termică, în câmp electric, prin electrodifuzie.

Procesul de mișcare a particulelor de dimensiuni mari într-un lichid sau gaz se realizează în conformitate cu legile mișcării Browniene.

Caracteristicile de percolare

Difuzia în gaze, lichide și solide are loc la rate diferite. Datorită diferențelor de natură a mișcării termice a particulelor în medii diferite, viteza maximă de proces este în gaze, iar valoarea minimă este în materie solidă.

Traiectoria mișcării unei particule este o linie întreruptă, deoarece direcția și viteza se schimbă periodic. Datorită tulburării de mișcare, se observă o îndepărtare treptată a particulei din poziția inițială. Deplasarea acestuia de-a lungul unei linii drepte este mult mai scurtă decât traiectoria care are loc pe o traiectorie ruptă.

Legea lui Fick

Difuzarea într-un fluid respectă cele două legi Fick:

• densitatea fluxului de difuzie este direct proporțională cu concentrația cu coeficientul de difuzie;
• rata de schimbare a densității fluxului de difuzie este direct proporțională cu rata de schimbare a concentrației și are o direcție inversă.

Difuzia într-un lichid este caracterizată prin sare de molecule de la o poziție de echilibru la alta. Fiecare astfel de salt este observat când energia este comunicată moleculei într-un volum suficient pentru a rupe legătura cu alte particule. Valoarea medie saltul nu depășește distanța dintre molecule.

Argumentând asupra difuziei într-un lichid, observăm că procesul depinde de temperatură. Odată cu creșterea sa, structura lichidului "se desface", ceea ce duce la o creștere accentuată a numărului de salturi pe unitate de timp.

Difuzia în gaze, lichide și solide are anumite caracteristici distinctive. De exemplu, în substanțele solide mecanismul este asociat cu mișcarea atomilor din interiorul cristalului.

Caracteristicile fenomenului

Difuzia într-un lichid este de interes practic datorită faptului că este însoțită de o egalizare a concentrației substanței în mediul inițial neomogen. Din locurile care au o concentrație mare de particule, are loc mult mai mult.

experimente

Experimentele cu lichide au arătat că difuzia are o importanță deosebită în cinetica chimică. În timpul procesului chimic pe suprafața reactanților sau a catalizatorului, acest proces contribuie la determinarea vitezei de îndepărtare a produselor de reacție și a adăugării reactivilor inițiali.

Ce explică difuzia în lichide? Moleculele solventului pot penetra prin membranele semitransparente, rezultând o presiune osmotică. Acest fenomen a fost aplicat în metodele chimice și fizice de separare a substanțelor.

Sisteme biologice

În acest caz, modelul de difuzie poate fi privit ca un exemplu de aer care intră în plămâni de absorbție de oxigen din intestin in produsele sanguine de digestie, absorbtie, firele de păr de rădăcină elemente minerale. Difuzia ionilor are loc în timpul generării de impulsuri bioelectrice de către mușchi și celulele nervoase.

Factorul fizic care afectează selectivitatea acumulării în celulele organismului a anumitor elemente este viteza diferită de penetrare a ionilor prin membranele celulare. Acest proces poate fi exprimat prin legea lui Fick, înlocuind valoarea coeficientului de difuzie cu indicele de permeabilitate al membranei și în locul gradientului de concentrație, utilizați diferența valorilor pe ambele părți ale membranei. Cu penetrarea prin difuzie a apei și a gazelor în celulă, indicii osmotici ai presiunii variază în exteriorul și în interiorul celulei.

Analizând pe ce depinde difuzia, observăm că mai multe tipuri de acest proces sunt separate. O formă simplă este asociată cu transferul liber al ionilor și al moleculelor spre gradientul potențialului lor electrochimic. De exemplu, o variantă similară este potrivită pentru acele substanțe în care moleculele au dimensiuni mici, de exemplu alcool metilic, apă.

O versiune limitată implică un transfer slab al materiei. De exemplu, chiar și particulele mici nu pot pătrunde în celulă.

Pagini ale istoriei

Difuzia a fost descoperită în timpul perioadei de glorie a culturii antice grecești. Democritus și Anaxogoria erau convinși că orice substanță constă din atomi. Varietatea substanțelor comune în natură, explicate prin compușii fiecărui atom. Ei au presupus că aceste particule se pot amesteca, formând noi substanțe. Printre fondatorii teoriei moleculare-cinetice, care explică mecanismul de difuzie, a jucat un rol special Mihail Lomonosov. El a primit o definiție a moleculei, atom, a explicat mecanismul dizolvării.

experimente

Experimentul cu zahăr face posibilă înțelegerea tuturor caracteristicilor difuziei. Dacă se pune o bucată de zahăr în ceai rece, se formează treptat un sirop gros pe fundul cupei. Este vizibil cu ochiul liber. După un timp, siropul va fi distribuit uniform pe întregul volum al lichidului și va înceta să fie vizibil. Acest procedeu are loc în mod spontan și nu implică amestecarea componentelor soluției. În mod similar, parfumul parfumului se răspândește în întreaga cameră.

Experimentele de mai sus indică faptul că difuzia este un proces spontan de penetrare a moleculelor dintr-o substanță în alta. Distribuția materiei are loc în toate direcțiile, în ciuda prezenței gravitației. Un astfel de proces este o confirmare directă a mișcării constante a moleculelor materiei.

Astfel, în exemplul de mai sus, se efectuează difuzia moleculelor de zahăr și apă, care este însoțită de o distribuție uniformă a moleculelor de materie organică pe întregul volum al lichidului.

Experimentele permit detectarea difuziei nu numai în lichide, ci și în substanțe gazoase. De exemplu, puteți instala un container cu perechi de etere pe cântare. Treptat, paharele vor intra în echilibru, apoi geamul cu eterul va fi mai greu. Care este motivul pentru acest fenomen?

În timp, moleculele eterice se amestecă cu particulele de aer, iar un miros specific începe să se simtă în cameră. În cursul fizicii liceului, se consideră un experiment în care profesorul dizolvă cerealele permanganat de potasiu în apă. La început, o traiectorie clară a mișcării cerealelor este vizibilă, dar treptat, întreaga soluție obține o umbra uniformă. Pe baza experimentului, profesorul explică caracteristicile difuzării.

Pentru a identifica factorii care afectează viteza procesului în lichide, puteți utiliza apă la temperaturi diferite. Într-un lichid fierbinte, procesul de amestecare reciprocă a moleculelor se observă mult mai rapid și, prin urmare, există o relație directă între valoarea temperaturii și rata de difuzie.

concluzie

Experimente efectuate cu gaze, lichide și solide ne permite să formulăm legile fizicii, să stabilim relația dintre cantitățile individuale.

Era rezultatul experimentelor că a fost stabilit un mecanism de penetrare reciprocă a particulelor unei substanțe în alta, natura haotică a mișcării lor fiind dovedită. Sa constatat experimental că difuzia în substanțe gazoase are loc cel mai rapid. Acest proces are o importanță deosebită pentru fauna sălbatică, este folosit în știință și tehnologie.

Datorită acestui fenomen, compoziția omogenă a atmosferei pământului este menținută. Altfel, nu era să mănunchi troposferă în substanțe gazoase separate și dioxidul de carbon grele improprii pentru respirație, ar fi cel mai apropiat de suprafața planetei noastre. Ce ar duce la asta? Natura vie ar înceta pur și simplu să existe.

Rolul difuziei în lumea plantelor este de asemenea mare. Coroana luxuriantă a copacilor poate fi explicată prin difuzie pe suprafața frunzei. Ca urmare, nu numai că respirați, dar și hrăniți copacul. În prezent, în agricultură se aplică pansament foliar de arbusti și arbori, care implică pulverizarea coroanei cu compuși chimici speciali.

În timpul difuziei, planta primește substanțe nutritive din sol. Procesele fiziologice care apar în organismele vii sunt de asemenea asociate cu acest fenomen. De exemplu, echilibrul sarii este imposibil fara difuzie. Astfel de procese joacă un rol imens în furnizarea de oxigen a lacurilor și a râurilor. Gazul cade în adâncimi ale rezervorului exact prin difuzie. Dacă un astfel de proces a fost absent, viața din interiorul rezervorului ar înceta să mai existe.

Aportul de medicamente care permit unei persoane să se protejeze de agenții patogeni ai diferitelor boli și să-și îmbunătățească bunăstarea se bazează, de asemenea, pe difuzie. Acest fenomen este utilizat în sudarea metalelor, obținerea sucului de zahăr din cipurile de sfeclă, prepararea produselor de cofetărie. Este dificil să se găsească o astfel de ramură a industriei moderne, oriunde se aplică difuzia.